Глава 2. Средства получения информации о состоянии процесса

Осуществление контроля, регулирования и управления промышленными объектами текстильного производства требует, в первую очередь, получения объективной исходной информации о состоянии и ходе технологических процессов, протекающих в объектах автоматизации. В процессе измерения разнообразных физических величин, необходимо определять количественное значение с помощью соответствующих технических устройств, называемых средствами получения измерительной информации (датчиками). Эти устройства являются неотъемлемой частью практически любой системы промышленной автоматики.

При большом многообразии измеряемых технологических параметров трудно рассчитывать на успешную разработку датчиков без их систематизации и унификации. Проведенные в 70-х годах ХХ века Институтом проблем управления исследования по оценке размеров области такой информации позволило создать кадастр величин и параметров, подлежащих измерению.

Кадастр – систематизированный свод сведений, составляемый периодически или путем непрерывных наблюдений над соответствующими объектами. Он объединяет физические величины, которые определяют состояние технологических объектов управления различных отраслей. К ним относятся величины пространства и времени, механические, электрические и магнитные, акустические, световые, а также относительные. Кадастр определяет перспективы развития номенклатуры средств измерений – датчиков технологических процессов.

На рис. 2.1 представлена структура кадастра измеряемых величин. Главным образом это величины, используемые для контроля и автоматизации промышленных объектов. Приведенные классификация и перечень измеряемых и регулируемых величин ГСП в достаточной мере условны: они отражают главным образом существующую традицию, но, с другой стороны, ограничивают область распространения, определяют номенклатуру всех ТСА, входящих в ее состав, и служат для того, чтобы очертить круг объектов контроля и управления, охватываемых в настоящее время ГСП.

Основные понятия в метрологии

Метрологией называется наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Она служит теоретической основой измерительной техники.

Измерением называют нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Для решения задач автоматического контроля и регулирования технологических параметров текстильного производства существенным является достоверность значения измеряемой величины контролируемого параметра. Таким образом, для измерения характерно, прежде всего, получение количественной информации об измеряемой величине, или так называемой измерительной информации.

Отличительной чертой измерения является то, что этот процесс обязательно предусматривает тот или иной простой или сложный физический эксперимент. В ряде случаев количественная информация об измеряемой величине не может быть получена только путем теоретических расчетов. Если даже значения отдельных величин получают расчетным путем, то используемые в этих случаях расчетные формулы обязательно должны содержать значение других величин, определяемое экспериментально.

Для проведения измерения необходимы, естественно, средства измерения, с помощью которых осуществляется измерительный процесс, а также способ или метод измерения, характеризуемый физическим явлением, которое используется при измерении в зависимости от применяемых средств измерений.

Таким образом, в понятие «измерение» входят следующие основные элементы: условие измерения, единицы физических величин, средства измерения, методы измерения, наблюдатель или какие-либо технические устройства восприятия и использования значения измеряемой величины, результат измерения.

Измеряемые величины. При рассмотрении этого вопроса остановимся только на измерении детерминированных величин, не затрагивая измерение статистических характеристик случайных процессов.

Различают непрерывные по значению величины и дискретные. Первые характеризуются тем, что в заданном диапазоне измерения могут иметь бесконечное число значений. Дискретная же по значению величина в заданном диапазоне измерения имеет ограниченное число значений (уровней), причем любое последующее значение отличается от предыдущего на одно и то же значение.

В измерительной технике применяют также термин «аналоговая величина», т. е. величина, представляющая собой подобие другой величины, или, иначе, отображающая другую величину. Если первая (основная) величина изменяется непрерывно, то и аналоговая величина также будет изменяться непрерывно. По этому признаку приборы с перемещающимся по шкале указателем получили название аналоговых, а приборы, которые выдают измерительную информацию в дискретной форме в виде чисел, – цифровых.

Условия измерения. При измерении необходимо учитывать взаимное воздействие среды и средств измерения, с помощью которых получают измерительную информацию. Введение средств измерений в среду не должно изменять ее свойств, в противном случае будет получена ложная или искаженная в той или иной степени информация. Вместе с тем следует подчеркнуть, что взаимодействие среды и средств измерений необходимо, так как только благодаря этому и происходят передача и прием измерительной информации прибором. Влияние условий измерения должно учитываться при выборе метода и обработке результатов измерений.

Единицы физических величин. В измерениях важнейшая роль принадлежит единицам физических величин, имеющим такие размеры, которым по определению присвоено числовое значение «1». Для сравнения и однозначного интерпретирования результатов измерений в законодательном порядке установлена система единиц. Основные единицы воспроизводятся в виде эталонов, т. е. таких средств измерений, которые позволяют с наибольшей достигнутой точностью передавать воспроизводимый размер единицы другим средствам измерений, используемым в широкой практике.

Средства и методы измерений. Технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства, называются средствами измерений. Средства измерений служат базой измерительной техники.

Методы проведения измерений зависят от приемов получения измерительной информации и закономерностей, положенных в основу измерений, а также от многих других факторов: рода измеряемой величины, ее значения, условий измерения, требуемой точности и т. д. Фактически метод измерения определяется принципом сравнения измеряемой величины с единицей и физическими закономерностями, положенными в основу измерения.

Результат измерения. Любое средство измерения по ряду причин не может дать абсолютно точного значения измеряемой величины. Поэтому истинное значение величины приходится рассматривать лишь как значение, идеально отображающее в качественном и количественном отношении соответствующее свойство данного физического объекта. Для практического же использования принимается значение величины, определенное экспериментально с помощью средств измерения в такой мере, что для конкретной цели оно может быть принято вместо истинного значения. Таким образом, одной из кардинальных задач при измерениях является оценка погрешностей измерения.